控制测量技术-林玉祥-第六章高程控制测量.ppt

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1、控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 1 1第六章第六章 高程控制测量高程控制测量3.1 高程基准面与高程系统3.2 高程控制网的布设3.3 精密水准仪和水准标尺3.4 精密水准仪和水准标尺的检验3.5 数字水准仪及条码标尺3.6 精密水准测量的误差来源及影响3.7 精密水准测量的实施3.8 正常水准面的不平行性及改正3.9 水准测量的概算3.10 水准网平差算例及软件介绍控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 2 2序序控制网平面控制网高程控制网仪器：经纬仪、测距仪、全站仪网形：三角网、测边网、导线网等误差：外界、仪器、观测观测：

2、测回法、方向法平差：求出控制点平差坐标(下学期下学期)仪器：水准仪、经纬仪、全站仪网形：符合水准路线、水准网等误差：外界、仪器、观测观测：几何水准、三角高程平差：求出控制点平差高程控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 3 36.1 高程基准面与高程系统高程基准面与高程系统6.1.1 高程基准面和水准原点高程基准面和水准原点高程基准面是地面高程的起算面人们通常使用大地水准面作为高程基准面大地水准面如何确定？验潮1956年黄海高程系，使用了7年验潮资料1985国家高程基准，使用了19年验潮资料各国都通过水准原点表示水准面，中国的水准原点位于青岛控制测量技术控制测量技

3、术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 4 4验潮与高程验潮与高程控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 5 56.1.2 高程系高程系 我国现行的两个高程系统：1956年黄海高程系的水准原点高72.2893米1985国家高程基准的水准原点高72.2604米两高称系统间差一常数（0.0289m）H85=H56-0.0289m，如某点1956年黄海高程系的高程为60m，则该点1985高程基准的高程为59.9711m。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 6 66.2 高程控制网的布设高程控制网的布设6.2.1 国家水准网的布设

4、方案和精度国家水准网的布设方案和精度国家水准网的作用：作为全国范围内高程控制测量的骨干和基础，是施测各种比例尺地形图和水利、交通、建筑等各类工程建设的最基本的高程控制。布设原则：由高级到低级，从整体到局部，逐级控制，逐级加密；分四个等级；一等网是国家高程控制网的骨干；二等网是国家高程控制网的全面基础；三四等网主要为工程建设而设置。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 7 76.2.2 城市和工程建设高程控制网的布设城市和工程建设高程控制网的布设分级：二、三、四等，精度同国家水准网；水准测量工作程序：图上设计、选点埋石、观测、平差计算、编制成果表。图上设计注意事项

5、埋石注意事项控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 8 8图6-4 基本水准标石埋设规格图6-2 普通水准标石的埋设规格图6-3 水准点标志水准标石的规格水准标石的规格控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 9 96.3.1 精密水准仪的特点精密水准仪的特点1.高灵敏度的管水准器高灵敏度的管水准器水准器的作用：建立水平视线。格值：5 10/2mm；具有微倾螺旋，用于精确整平。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 10102.高精度的测微装置高精度的测微装置用于测量小于水准标尺分划的读数；测微器100格，

6、对应标尺一个分划：10mm；直读到0.1mm，估读至0.01mm。154152150148146144142 45445245044844644444210 9 8水准标尺物镜平行玻璃板十字丝面测微螺旋测微分划尺指标线水 准 仪读数：147 cm+0.960 cm=147.960 cm控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 11 11一点说明一点说明由于在光路中加入了“测微器”，使得各读数均偏大了测微范围的一半 5mm。对水准测量前后视影响相等。154152150148146144142 45445245044844644444210 9 8水准标尺物镜平行玻璃板

7、十字丝面测微螺旋测微分划尺指标线水 准 仪控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 12123.高质量望远镜高质量望远镜孔径：大于50mm；放大倍率大于40倍；十字丝设计为楔形。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 13134.坚固稳定的仪器结构坚固稳定的仪器结构视准轴与水准轴关系稳定；因钢制造，温度系数小；加隔热层。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 14145、高性能的补偿装置、高性能的补偿装置具有精准的补偿量。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 15156.3.

8、2 精密水准仪精密水准仪1.威特N3精密水准仪（S1级）标尺分划间隔：10mm，测微范围：10mm；读数=标尺读数+测微器读数；（米分米厘米）+毫米0.1毫米1）微倾装置用于精平仪器，使用前提：符合气泡端距0.1mm，标尺报废。当|f|0.02mm，须对高差进行改正高差改正公式：h/=h+=h+fhf 的测定：目前一般都是由专门的计量检定部门用“双频激光干涉法”测定。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 37376.4.2.5 一对标尺零点不等差及基、辅差常数的测定一对标尺零点不等差及基、辅差常数的测定标尺零点误差：标尺底面到第一分划线的距离与注记不符，其差值为

9、 标尺零点误差一对标尺零点差：两根水准标尺零点误差之差。此误差对高差的影响可在偶数站中抵消。基辅差常数：同一视线高度，同一水准标尺基本刻划与辅助刻划读数之差。（讨论：同一视线高度）（讨论：同一视线高度）基辅差（尺常数)种类：60650、30155。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 38386.5 数字水准仪及条码标尺数字水准仪及条码标尺6.5.1 数字水准仪结构及测量原理数字水准仪结构及测量原理图6-18是南京久测仪器公司生产的徕卡数字水准仪。测量原理测量原理：标尺的条形码作为参考信号存储在仪器内，测量时线译码器捕获仪器视场内的标尺影象作为测量信号，然后与仪

10、器的参考信号进行比较，就获得视线高度和水平距离。象光学水准测量一样，测量时标尺要立直。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 3939控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 40406.5.2 数字水准仪的特点数字水准仪的特点（1）数据自动输出，自动存贮；（2）能自动进行地球曲率改正；（3）可以在标尺稍低于零的位置测量；（4）可以建立简便测量或多功能测量模式，如取平均值，取中间值等；（5）具有自动递增前视点点号；（6）可以自动作i角改正。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 41416.5.3 条形码水

11、准标尺条形码水准标尺与数字水准仪配套使用的条形码水准标尺如右图。通过数字水准仪的探测器来识别水准尺上的条形码，再经过数字影象处理，给出水准尺上的读数，取代了在水准尺上的目视读数。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 42426.6.1 仪器误差仪器误差6.6.1.1 视准轴与水准轴不平行的误差视准轴与水准轴不平行的误差1.i 角误差的影响角误差的影响i 角误差对一站高差的影响：i 角误差对一测段高差的影响：规范规定：二等水准，前后视距差应小于1米，视距累积差应小于3米。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 43432.交叉误差的影

12、响交叉误差的影响若仪器无i角误差当垂直轴严格垂直时，交叉误差对读数不产生影响。当垂直轴倾斜时，将对读数产生影响。措施：检验并校正圆水准器。检验并校正交叉误差。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 44446.6.1.2 水准标尺每米长度误差的影响水准标尺每米长度误差的影响一测站高差应加的米真长改正数：一测段高差应加的米真长改正数：控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 45456.6.1.3 一对标尺零点误差的影响一对标尺零点误差的影响h12=(a1-a)-(b1-b)=(a1-b1)-a+a+b bh23=(b2-b)-(a2-a

13、)=(b2-a2)-b+b+a ah13=h12+h23=(a1-b1)+(b2-a2)结论：偶数站且相邻测站轮流做前尺可消除 标尺零点差对水准测量的影响。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 4646离地面越近，空气密度越大，对视线的折射越严重。平原地区：前后视尽量相等，尽量抬高视线，最佳时段。平原地区：前后视尽量相等，尽量抬高视线，最佳时段。坡度地区：除上款外，还要考虑适当缩短视距。坡度地区：除上款外，还要考虑适当缩短视距。规范规定：最佳观测时段，视线高度，不同时段往返测，规范规定：最佳观测时段，视线高度，不同时段往返测，最大视距限制。最大视距限制。6.6.

14、2 外界因素的影响而产生的误差外界因素的影响而产生的误差6.6.2.1 大气垂直折光的影响大气垂直折光的影响控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 47476.6.2.2 仪器和标尺垂直位移的影响仪器和标尺垂直位移的影响仪器下沉：设仪器在一测站观测中均匀下沉，则采用“后前前后”的观测程序可有效消除其影响。标尺下沉：标尺下沉主要发生在迁站时，其影响特征是后视读数总是偏大，是系统误差。该误差影响主要通过“往返测取平均值”来消除控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 48486.6.2.3 温度变化对温度变化对 i 角的影响角的影响外界温度

15、变化1C，i角将平均变化0.5 ，最大可达2 。设在短时间内 i角变化与时间成比例，则对于基本分划在相邻测站上，采用如下观测程序：测站测站I：后后 前前测站测站II：前前 后后 可消除i角变化的影响。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 4949同理，相邻测站辅助分划的观测程序：测站测站I：前前 后后 测站测站II：后后 前前综上，两相邻测站基、辅分划观测程序：奇数站：后（基）后（基）前（基）前（基）前（辅）前（辅）后（辅）后（辅）偶数站：前（基）前（基）后（基）后（基）后（辅）后（辅）前（辅）前（辅）规范规定：精密水准测量观测程序应为：奇数站奇数站 后前前后，

16、偶数站后前前后，偶数站 前后后前前后后前控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 5050观测误差的影响观测误差的影响观测误差：气泡居中误差气泡居中误差 照准标尺分划的误差照准标尺分划的误差 读数误差读数误差该影响在一测站一般小于0.1mm。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 5151控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 5252精密水准测量的实施精密水准测量的实施“精密水准测量”指国家一、二等水准测量。国家水准测量等级：一、二、三、四等。工程测量等级：二、三、四等。本书后面的叙述将以“二等”为例。控

17、制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 53536.7.1 精密水准作业的一般规定精密水准作业的一般规定1.测前凉仪器，使仪器与环境温度一致。防止视准轴变化。2.一测站禁止二次调焦。3.前后视距相等，限差：d限=1米；d限=3米。消除i角误差及垂直折光的影响。4.相邻测站观测程序：后前前后；前后后前。消除与时间成比例的误差，如：i角的变化、仪器的垂直位移。5.测段排成偶数站。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 54546.采用往、返测，消除标尺垂直位移的影响。7.往返测应在不同光段进行。避免大气折光影响。8.对于自动安平水准仪，要使

18、园气泡正确。9.水准测量的间歇尽量选在固定点上，否则应对间歇点进行检验。间歇点限差：1毫米。6.7.1 精密水准作业的一般规定（续）精密水准作业的一般规定（续）控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 55556.7.2.2 操作步骤操作步骤1.整平仪器，各方向符合气泡偏移小于1cm。2.后视，符合气泡近于符合，上下丝（读至mm）；气泡精密符合，中丝（基）。3.前视，气泡精密符合，中丝（基），上下丝（读至mm）。4.气泡精密符合，中丝（辅）。5.后视，气泡精密符合，中丝（辅），控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 56566.7.2.

19、2 操作步骤操作步骤往测奇数站：1.后视，基本分划；2.前视，基本分划；3.前视，辅助分划；4.后视，辅助分划。往测偶数站：1.前视，基本分划；2.后视，基本分划；3.后视，辅助分划；4.前视，辅助分划。简称：后前前后简称：前后后前返测观测程序与往测相反。即：奇数站：前后后前；偶数站：后前前后控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 5757关于关于“后前前后后前前后”转仪器转仪器后视：后视：前视：上、下丝中丝（基）中丝（基）中丝（基）中丝（基）上、下丝中丝（辅中丝（辅）中丝（辅）中丝（辅）后前前后控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校

20、 58581 12406240619861986 420 4201809180913911391 418 418219 83219 83160 06160 06461 63461 63521 38521 38+059.75+059.75+059.75+059.75+059.760+059.760+2+2+2+2+2+22 21800180013511351 449 4491639163911891189 450 450157 40157 40141 40141 40442 92442 92458 95458 95+016.00+016.00+016.03+016.03+016.015+016.

21、015-1-1+1+1-3-3控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 5959一 S05 35 0.5 1.5 0.5 0.4 3.0 二 S1 50 1.0 3.0 0.3 0.7 3.0 S05 60 1.0 3.0 0.3 0.7 3.0 等级仪器 视距类型 m 前后视距差 m 前后 视距累积差 m视线高度下丝读数 m基辅分划所得高差之 差 mm上下丝读数平均值与中丝读数之差 mm水准路线测段往返测高差不符值 mm一、二等水准测量的有关限差一、二等水准测量的有关限差控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 60606.7.3 精密

22、水准测量的精度计算精密水准测量的精度计算每公里往返测高差中数的偶然中误差：规范规定：对于二等水准，M1mm。符号说明：闭合差；R：测段距离；n：测段数。每公里高差中数的全中误差：符号说明F：环线长；w：环闭合差；N：水准环个数。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 61616.8 正常水准面的不平行性及改正计算正常水准面的不平行性及改正计算控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 62626.8.1 6.8.1 正常水准面的不平行性正常水准面的不平行性水准面是重力等位面，其上单位质点的重力位能：W=ghA、B两点在两个水准面的位能差：

23、W=gAhA=gBhBgAgB，hA hB。即：正常水准面不平行正常水准面不平行注：水准面又称注：水准面又称重力等位面，也重力等位面，也叫正常水准面。叫正常水准面。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 6363正常水准面不平行性对水准测量产生的影响正常水准面不平行性对水准测量产生的影响OOB BC CH1H2H3Hnh1h2h3h/1h/2h/3大地水准面大地水准面结论：沿两条不同路线施测结论：沿两条不同路线施测的两点间高差结果不一致。的两点间高差结果不一致。措施：对高差结果加改正数，措施：对高差结果加改正数，统一到统一到“正常高高程系统正常高高程系统”。A A

24、NN控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 64646.8.2 正常水准面不平行性改正数计算正常水准面不平行性改正数计算 正常水准面不平行性改正数（mm）A 常系数，A=0.0000015371sin2Hm 测段端点近似高程平均值（m）测段端点纬度差（）公式：路线闭合差：路线闭合差：控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 65656.9 水准测量的概算水准测量的概算水准测量的概算是水准测量平差前所必须进行的准备工作。在概算前必须对水准测量的外业观测资料进行严格的检查，在确认正确无误、各项限差都符合要求后，方可进行概算工作。概算的主要内

25、容有：观测高差各项改正数的计算和水准点概略高程的计算等。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 66666.9.1 水准标尺每米长度误差的改正数计算水准标尺每米长度误差的改正数计算水准标尺每米长度误差对高差的影响是系统性的。当一对水准标尺每米长度的平均误差大于0.02mm时，就要对测段观测高差进行改正：按往返测观测高差分别计算改正数。算例：一对标尺平均米真长：999.96mm，改正数：（999.961000）mm-0.04mm。某段h20.34442mm，则改正数为：（-0.04）mm（20.34442）-0.81mm。控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 67676.9.2 正常水准面不平行的改正数计算正常水准面不平行的改正数计算按水准测量规范规定，各等级水准测量结果，均须计算正常水准面不平行的改正。即控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 6868控制测量技术控制测量技术辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 6969